秦代制弩工藝高度發(fā)達(dá)，到西漢中后期才重新超越，東漢時(shí)代，制弩的工藝已經(jīng)相當(dāng)完備。漢軍北軍射聲營(yíng)士兵用的強(qiáng)弩都是六石的厥張強(qiáng)弩，射程高達(dá)兩百步，由于太遠(yuǎn)偏差太大，基本射不到想射的目標(biāo)，因此其有效射程也只在百步左右，集群射擊時(shí)的有效距離可提高到百五十步。
這樣強(qiáng)悍霸道的厥張弩，要想再提高威力，已經(jīng)沒有多大的可能了。從實(shí)戰(zhàn)要求來(lái)說(shuō)，超過(guò)百步距離的射擊，（步槍也只要求百米以內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確射擊。）準(zhǔn)確度和殺傷力都非常有限，除了空耗箭枝外，沒有多大意義，而在百步距離之內(nèi)，最需要提高的是射速，而不是威力，只有用更多更密集的弩箭，才能更有效的遏制敵人進(jìn)攻，實(shí)現(xiàn)最大限度的殺傷敵人。
劉備想做的，就是在降低弩弓造價(jià)的基礎(chǔ)上，盡可能提高射速和精度，提高有效射程。理論上，強(qiáng)弩的威力只和弩臂積蓄彈性能的多少以及釋放所積蓄能量的效率有關(guān)，前者取決于人力，后者取決于材料性能。人力的極限就是開六石的厥張，再想提高，就只能采用機(jī)械手段，而這一定會(huì)降低射速，不合算。至于材料么，當(dāng)然以質(zhì)量輕而彈性好的材料為上。后世做弩的最好材料是碳纖維復(fù)合材料，而漢代不可能造出碳纖維。
厥張弩的弩臂，也是用復(fù)合材料制成，增強(qiáng)纖維是優(yōu)質(zhì)的蠶絲、中堅(jiān)層為優(yōu)質(zhì)木料、牛角為支撐背板，再用膠、漆、絲線將三層粘合捆綁固定到一起，這樣制成的復(fù)合材料，不僅變形能力大，彈力高，而且質(zhì)量輕，能最大限度的積蓄能量和有效釋放能量。經(jīng)過(guò)秦漢兩代工匠四百多年的努力，其性能已經(jīng)達(dá)到了極致，在沒有先進(jìn)的增強(qiáng)纖維之前，想在短期內(nèi)提高弩臂材料的性能，絕無(wú)實(shí)現(xiàn)的可能。
劉備沒打算提高弩臂材料的力學(xué)性能，相反，他要降低材料性能，因?yàn)橹挥羞@樣，才有可能降低造價(jià)。只有降低了造價(jià)之后，才有可能大量裝備，才有可能發(fā)揮集群射擊的優(yōu)勢(shì)，提高作戰(zhàn)效果?；谶@種考慮，劉備設(shè)計(jì)的強(qiáng)弩，所用的技術(shù)和材料，都很簡(jiǎn)單，只是他還不知道威力和準(zhǔn)確性究竟能達(dá)到什么程度。
新設(shè)計(jì)的弩弓，其弩臂渀照宋代的神臂弓，形狀和后世的汽車彈簧鋼一樣，采用多層竹片疊加制作而成。若將弩臂中間的固定處看成固支條件，從力學(xué)上看，這個(gè)弩臂就是兩根左右展開的疊層等強(qiáng)度懸臂梁。這種弩臂比現(xiàn)在的復(fù)合弓臂成本要低很多，而且工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
不過(guò)無(wú)論采用什么材料的弓臂，順利的給弩上弦和蓄能才是根本。為解決這個(gè)問(wèn)題，劉備采用了兩次蓄能設(shè)計(jì)。普通士兵開弓只能開三石弓，而厥張開弩多能開到五石，而以力為材的材官力士，則能用厥張的方法連續(xù)開六石的強(qiáng)弩，但是這樣的材官并不多。（北軍射聲營(yíng)也只有六百名材官力士。）
考慮到人的輸出功率有限，因此想提高弩的射速，就只有降低掛弦張力一途，想提高威力，則只有提高張力一途，這兩者本是一對(duì)矛盾，但是劉備有辦法解決這個(gè)矛盾。他的想法很簡(jiǎn)單，就是將目前的一次蓄能的能弩，改為二次蓄能弩。當(dāng)敵人離得遠(yuǎn)時(shí)，采用兩次蓄能，將弩的張力提高到最大。當(dāng)敵人近了的時(shí)候，就采用一次蓄能，將弩弦張力達(dá)到兩石半以上即可，這樣百步之內(nèi)，可以象弓箭一樣連續(xù)掛弦發(fā)射，就可以最大限度的提高射速。
具體實(shí)現(xiàn)方法至少有三種，劉備現(xiàn)在也不清楚哪種最好，因此需要試驗(yàn)。
第一種設(shè)計(jì)是將弩臂的掛弦張力控制在二石半以上，這樣人用手就可輕松的掛弦。而二石半的弩發(fā)射出的弩箭，在五十步內(nèi)肯定是有殺傷力的。在弩弓的前端，相對(duì)于發(fā)射弩箭的弩弦，再設(shè)計(jì)一根增強(qiáng)弦，這根弦短而粗，只起于增強(qiáng)弩臂強(qiáng)度的作用。連在左右弩臂的兩個(gè)中點(diǎn)之上，在需要增大弩臂張力時(shí)，將這根弦，向前拉，掛在弩臂立柱的前端，這根弦張緊之后，就提高了弩臂的彈力，增加了弩臂所積蓄的彈性能。當(dāng)然，這第一次掛弦和第二次掛弦的順序是不能搞反的，否則就無(wú)法實(shí)現(xiàn)輕松掛弦了。不過(guò)，用先掛增強(qiáng)弦，再掛發(fā)射弦的方法，可以輕松測(cè)量出二段蓄能后的弩弓張力，劉備希望這個(gè)張力在五石以上。
第二種設(shè)計(jì)方法是將左、右弩臂分開，各自固定在頭部夾在一起的彈性鐵件上，鐵件分為兩片，一端固定在一起，有彈性，在弩弦的拉力下可以張開。由于鐵件可以張開，而且剛度較小，因此，在給弩弓上弦時(shí)，弦拉動(dòng)弩臂兩端，帶動(dòng)鐵件向左右張開約二十度，這時(shí)弩臂雖然變形很小，但是由于弩臂固定端張開，弩臂掛弦端自然向后移動(dòng)，縮短了掛弦行程，實(shí)際掛弦拉力主要取決于彈性鐵件，只要設(shè)計(jì)好鐵件的彈力，就可以控制上弦拉力，同樣，掛弦拉力還是要控制在兩石半左右。
這樣掛弦之后，弩也可以發(fā)射，但積蓄的彈性能不夠，必然不能及遠(yuǎn)，要提高弩的性能，就必須通過(guò)二次蓄能來(lái)提高弩積蓄的彈性勢(shì)能。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，弩的前段固定上一個(gè)扳手，扳手上帶有半圓形齒輪，通過(guò)向后扳動(dòng)扳手，齒輪帶動(dòng)與之配合的齒條向前運(yùn)動(dòng)，而齒條端部固定一個(gè)帶滑輪的套管，齒條向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑輪套管將張開的弩臂鐵件向前套緊，強(qiáng)制讓張開的鐵件合攏到一起，這時(shí)彈性鐵件被夾緊，就會(huì)帶動(dòng)弩臂固定端向前運(yùn)動(dòng)，合攏張角，而弩弦已經(jīng)固定，在弩弦的拉力下，弩臂掛弦端無(wú)法向前移動(dòng)，此時(shí)弩臂就只能增加彎曲變形量，完成二次蓄能過(guò)程。
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考慮到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用和結(jié)構(gòu)的需要，這種弩分三個(gè)部分，包括弩臂，弩架和管形槍刺。槍刺兼作扳手之用，整個(gè)結(jié)構(gòu)和后世的步槍相似，具備刺殺功能，而且兩邊的弩臂，能夠增加防御能力，說(shuō)不準(zhǔn)，這種奇形兵器的格斗能力能超過(guò)刀盾兵呢！
第三種設(shè)計(jì)是將弩架設(shè)計(jì)為可伸縮的弩架，弩架縮短后，掛弦行程縮短，拉力必然減小，實(shí)現(xiàn)近處快速射擊，要射遠(yuǎn)處的目標(biāo)時(shí)，可以采用絲桿或齒輪齒條配合，伸長(zhǎng)弩架，提高實(shí)際掛弦行程，這就可以提高積蓄的彈性能。
這三種設(shè)計(jì)，都能實(shí)現(xiàn)二次蓄能的思想，若試驗(yàn)成功了，還可以考慮三段蓄能。當(dāng)然，不管怎么設(shè)計(jì)，這種多次蓄能的方法都是有代價(jià)的，因?yàn)闀?huì)降低大威力狀態(tài)下的射速。其優(yōu)點(diǎn)是能提高近戰(zhàn)時(shí)的射速，同時(shí)兼顧遠(yuǎn)射威力。
在設(shè)計(jì)新式二段弩的同時(shí)，益農(nóng)作坊的骨陶試驗(yàn)也在進(jìn)行。試驗(yàn)的結(jié)果有點(diǎn)令人意外，在臥式節(jié)能火爐內(nèi)，燒制出的骨陶暗無(wú)光澤，而且表面粗糙，斷口疏松，燒制之后變形較大，連續(xù)幾天的試驗(yàn)都沒有達(dá)到好的效果，唯一的優(yōu)點(diǎn)是，這種陶片脆性低，不容易摔碎。聯(lián)想到后世坦克裝甲中的裝甲陶瓷夾層，劉備讓陶工試作調(diào)整配方，看能否生產(chǎn)出適合制作鎧甲的陶片。和骨陶試驗(yàn)不順相反，強(qiáng)弩的試制比較順利，前兩種設(shè)計(jì)方案都獲得了成功，為了保證威力，劉備提出弩初次蓄能的拉力必須達(dá)到二石以上，最大拉力必須達(dá)到五石以上，通過(guò)試驗(yàn)，很容易就確定了疊層梁的尺寸。接下來(lái)就是確定第一方案中增強(qiáng)弦的強(qiáng)度和固定位置，第二方案中固定鐵件的彈力。幾組試驗(yàn)之后，就確定了固定件的形制尺寸。
四天后，強(qiáng)-->>